拖鏈電纜絕緣層厚度的計算

上面分析了影響絕緣厚度的諸多因素，這些因素都是確定絕緣厚度 的依據。綜合分析，對于低壓小截面電纜，如 500V 以下的小截面橡塑絕 緣和 1000V 及以下的浸漬紙絕緣，其厚度往往由工藝規定的最小厚度決 定。橡塑絕緣最小厚度規定為 0 . 3mm，油紙絕緣紙層最少不低于 5 - 10 層 等，防止可能出現穿透的孔隙和導電點重合。最小厚度的確定也考慮工 藝實現的可能性。

而對于低壓大截面的電纜，其絕緣厚度主要根據機械性能確定。主 要考慮電纜在生產和安裝時所受到的拉、壓、彎、扭、剪切等機械應力。因 為電纜工作電壓低，對于能滿足承受可能的機械損傷的絕緣厚度，均能滿 足電氣擊穿強度的要求。對于熱帶、寒帶、船用及礦用等特殊場合所用電 纜，須承受很大的機械應力。這類電纜的絕緣設計，往往是根據制造和運

行經驗或機械實驗來選定其厚度，然后再進行電氣核算。

只有工作電壓高至 10kV 以上時，絕緣的擊穿場強才逐漸成為決定絕 緣層厚度的主要因素。電纜絕緣結構在設計使用期限內應能安全承受各 種形式的電壓。此時絕緣層厚度的確定，主要是根據電纜絕緣內的最大 場強等于其擊穿場強的原理來設計的。

對于高壓單芯不分階絕緣電纜，其絕緣厚度可按下式進行計算

E        U  

=

m             R

rc1n rc

式中，U 為試驗電壓，為工頻試驗電壓時，大約為 2 . 6 ~ 3 . 3 倍的相電 壓，為脈沖實驗電壓時，可據保護水平選取，或為 6 U0 + 40kV，二者均可按 電壓等級從標準中選??；E 為擊穿場強，油紙絕緣的工頻和脈沖擊穿強度 可參照例；m 為相應于工頻和脈沖電壓下的安全裕度，一般取 1 . 2 ~ 1 . 6； rc 為導電線芯半徑，一般含內半導電屏蔽層；R 為絕緣層外半徑。

可據上式分別按工頻電壓和場強及脈沖電壓和場強進行計算，然后

選擇厚度較大者。其厚度為

△i = R - rc = rc [exp( ) - 1]

對 n 層分階絕緣結構的電纜

E1                 E2                            En

式中  rc 為導體半徑；r1，r2，…，rn - 1 分別為各分階絕緣層內半徑； E1、E2、… En 為相應于 U 為工頻電壓或脈沖電壓時的長期工頻擊穿強度 或脈沖擊穿強度；m1、m2、…、mn 為安全裕度。

當擊穿強度、介電常數、rc 給定后就可按式確定各分階內半徑 r 1、r2、 …、rn - 1，及絕緣外半徑 R 。各層絕緣厚度分別為

△i1 = r 1 - rc      l

1

i2 = r2 - r 1      1

… …          1

1

△in  = R - rn - 1 J

絕緣層總厚度  △i = R - rc

而對于塑力纜，由于擊穿強度受半徑等幾何尺寸影響較大，所以可以 采用平均擊穿場強來確定絕緣層厚度。

仍然是分別按脈沖和工頻進行計算，然后取其厚者。

按脈沖電壓確定塑料絕緣厚度

UB1L k 1 k2

Eav

式中，UB1L 為基本絕緣水平，可根據線路的保護水平選取脈沖試驗電 壓；k 1 為脈沖電壓老化系數，交聯聚乙烯可取 1. 2；k2  為絕緣層溫度系數， 交聯聚乙烯取 1. 3；Eav 為平均脈沖擊穿強度，應據威伯爾分布函數通過實 驗確定，參考數值：交聯聚乙烯為 50 ~ 70kV/mm，聚氯乙烯為 40kV/mm 左 右。

按工頻電壓確定塑料絕緣厚度

U0 k3

△i =

式中，U0 為最大工作相電壓；k3 為工頻電壓老化系數，交聯聚乙烯壽 命指數 n = 9 時 k3 取 4。上二式中的 k 值，對于聚氯乙烯要相對交聯聚乙 烯取較高數值；E' av 為平均長期工頻擊穿強度，亦應按威伯爾分布函數確 定，對交聯聚乙烯大約為 10 ~ 30kV/mm；對聚氯乙烯大約取 4 ~ 6kV/mm。

例  試計算 - 220kV 電纜的絕緣層厚度

已知數據：

線芯標稱截面積                  845mm2

線芯屏蔽外徑                    41 . 0mm

工作油壓  不低于                101kPa(1atm)

系統額定線電壓                  220kV

系統額定相電壓                   127kV

最高工作相電壓                   146kV

一相接地，另一相可能出現最大電壓 202kV

工頻安全裕度                     1. 3

脈沖安全裕度                     1. 3

采用三層分階，各層紙帶絕緣性能如下：

解  (1)根據絕緣長期工頻擊穿強度確定絕緣層厚度三層分階，各層 取相同安全裕度，根據式計算分階半徑

(2)根據絕緣脈沖擊穿強度確定絕緣層厚度

①采用 FZ 型避雷器

FZ 型避雷器保護水平 Up = 2 .4 x  x 202kV = 686kV

電纜基本絕緣水平(B1L) = 1 . 3 x 686kV = 890kV

取  B1L = 950kV

如各層取相同脈沖安全系數，根據式計算絕緣層分階半徑

s1 = 4 . 1   s2 = s3 = 3 . 3

E1 = 111 x ( )2/7

E2 = 100 x ( )2/7

E3 = 90 x ( )2/7

4 . 1 x 111( )2/7 x 20 . 5 = 3 . 3 x 100( )2/7 r'2

得  r'2 = (  )7/5 x 20 . 5mm = 1 . 57 x 20 . 5mm = 32 . 2mm r'3 = ( )7/5 x 20 . 5mm = 1 . 83 x 20 . 5mm = 37 .4mm

于是脈沖擊穿強度

E1 = 111 x ( )2/7 = 90 . 5MV/m

E2 = 100 x ( )2/7 = 71 . 5MV/m

E3 = 90 x ( )2/7 = 61 .7MV/m

確定絕緣層總厚度 A'i

于是

A'i1 = (32 . 2 - 20 . 5)mm = 11 .7mm

A'i2 = (37 .4 - 32 . 2)mm = 5 . 2mm

A'i3 = (38 . 6 - 37 .4)mm = 1 . 2mm

A'i  = (38 . 6 - 20 . 5)mm = 18 . 1mm

②采用磁吹避雷器

國產磁吹避雷器保護水平 Up = 1 .  Ua = 1 . 9 x  x 202kV = 545kV 電纜基本絕緣水平(B1L) = 1 . 3 Up = 1 . 3 x 545kV = 710kV

取  B1L = 750kV

如各層取相同安全裕度 m = 1 . 3，根據式計算絕緣層分階半徑及絕緣 層總厚度

rc = 20 . 5mm

r'2 = 32 . 2mm

r'3 = 37 .4mm

R' = 32 . 2exp[ (  - ln ) ] = 32 . 2 x 1 . 063mm = 34 . 2mm

因為 R' < r'3，故不用第三層絕緣

△"i1 = 32 . 2 - 20 . 5mm = 11 .7mm

△"i2 = 34 . 2 - 32 . 2mm = 2 . 0mm

△"i = 34 . 2 - 20 . 5mm = 13 .7mm

從上述計算結果可以看出：

A . 如電纜線路采用 FZ 閥型避雷器，電纜的脈沖擊穿強度成為絕緣 厚度的決定因素。此時絕緣層厚度 △'i = 18 . 1mm，而工頻安全裕度大于規 定值。電纜在標稱工作電壓(127kV)下的工作場強

127

E =                                                               = 9 . 32MV/m

B . 如電纜線路采用磁吹避雷器，線路對電纜的沖擊絕緣水平要求大

大地降低了，電纜的長期工頻擊穿強度成為絕緣層厚度的決定因素。此 時絕緣層厚度 △i = 15 .7mm，而脈沖安全裕度大于規定值。 電纜在標稱工 作電壓(127kV)以下工作場強為

127

E =                                                               = 10MV/m

C . 從 A，B 可以看出，改善線路保護設備性能，可以提高電纜的工作 場強，從而減薄電纜絕緣層的厚度。

• YFFB 4*50+1*25扁平電纜研發
• YFFRB 4*35+1*16扁平電纜研發
• YFFB 4*25+1*16扁平電纜研發
• YFFB 4*16+1*10扁平電纜研發
• YFFB 4*10+1*6扁平電纜研發